UNIVERSIDAD FERMN TORO

VICE-RECTORADO ACADMICO

FACULTAD DE INGENIERA

CABUDARE EDO LARA

DISEO DE UNA PROPUESTA PARA LA INSTALACIN DE MOTORES

ELCTRICOS A LOS PORTONES DE LA UFT SEDE CABUDARE

Autor: Br. Ocando R., Rodniel A.

Semestre: I Seccin: SAIA A

Docente: Dra. Mara Prez

Cabudare, estado Lara

CAPTULO I

EL PROBLEMA

Planteamiento del Problema

El desarrollo tecnolgico de las ltimas dcadas, ha impulsado la aparicin de

motores potentes, que favorecen el desarrollo de procesos industriales ms

sofisticados. Estos incluyen, en general, un nivel de automatizacin cada vez ms

elevado mediante el cual se pretende conseguir una mejora en el funcionamiento y

eficiencia de los sistemas industriales. En este aspecto, la ingeniera de control con la

ayuda de la informtica juega un papel fundamental dentro de la respectiva

modernizacin (Tern, 2008).

Lo anteriormente sealado, pone en evidencia la manera rudimentaria en que

se controlaban los sistemas y sus procesos productivos hace varias dcadas atrs, era

poco flexible y con funciones limitadas, tanto que impedan el desarrollo de otras

reas de la industria mundial.

Actualmente, cualquier proceso productivo cuenta con un sistema mecnico

que se encargue de coordinar, con precisin y exactitud, la operacin del sistema y

as generar los resultados para lo cual fue diseado. Con mucha frecuencia los

controles estn dirigidos al arranque, modificacin de la velocidad, parada, entre

otros, de motores de elctricos.

Una gran parte de los equipos utilizados en la industria moderna como por

ejemplo bombas, ventiladores, elevadores y mquinas-herramientas, entre otros, no

slo utilizan motores de induccin trifsicos, sino que deben funcionar a velocidades

variables. Para alcanzar un buen desempeo de estos sistemas se hace necesario que

estas velocidades sean controladas de una manera adecuada.

En este orden de ideas, segn Morales y Vanegas (2004), el motor trifsico de

induccin con rotor de jaula de ardilla es sin duda, el ms popular entre todos los

motores elctricos. Adems los autores sealan:

Su campo de aplicacin va desde potencias fraccionarias hasta varios cientos de kilovatios. Se trata de una mquina de corriente

alterna, cuyo funcionamiento no presenta grandes dificultades

siempre que se desee trabajar a velocidad constante. Sin embargo,

cuando se desea controlar la velocidad de forma gil y precisa, se

encuentran mltiples inconvenientes puesto que este tipo de motor

es un sistema no lineal, multivariable, altamente acoplado y sus

parmetros varan con la temperatura y grado de saturacin

magntica durante su operacin (p.3)

Por lo anterior, se puede decir que este tipo de motor presenta ciertas

desventajas en cuanto al control, a pesar de ello, gracias a los avances alcanzados en

la electrnica de potencia, en la electrnica digital, en la teora de control y en la

teora de mquinas elctricas, se han desarrollado sistemas impulsores de velocidad

variable de alta precisin a costos razonables.

Los motores elctricos trifsicos son uno de los modelos mas utilizados en la

industria y que pueden ser manejados mediante un control adaptado a los mismos a

travs de una clave numrica. La facilidad de manipulacin y mantenimiento hacen

que sean los elegidos por la mayora de las empresas, reas residenciales e

instituciones, entre otras. Sin embargo, son muchos los que an utilizan los portones

mecnicos o manuales.

Tomando en cuenta lo anterior, resulta importante sealar que en el

estacionamiento de la Universidad Fermn Toro, ubicada en Cabudare, Municipio

Palavecino del estado Lara, existen unos portones que funcionan mecnicamente

para la entrada y salida de los vehculos, por lo que no permanecen completamente

cerrados, y a su vez, no garantiza la seguridad de las personas que hacen uso del

mismo, ni de sus automviles, considerando el aumento constante de los ndices de

inseguridad en los alrededores de la institucin. Adems, la lentitud con que se

deslizan los portones manuales contribuye al congestionamiento vehicular y retraso

al momento de entrar o salir de la institucin.

Por otra parte, la falta de planificacin de la Unidad de Planta Fsica al no

tomar previsiones colocando portones elctricos, ocasiona el uso de personal en

labores innecesarias, a la vez, ofrece un servicio deficiente a todo el personal

docente, administrativo, obrero y estudiantes en general, que hacen vida dentro de la

institucin, debido a lo explicado anteriormente.

Por las razones expuestas, se hace necesario en la Universidad Fermn Toro la

instalacin a los portones de motores elctricos trifsicos de induccin de jaula de

ardilla, de manera que puedan seguir una velocidad de referencia, usando la tcnica

de control vectorial que conlleva a un desempeo dinmico satisfactorio. Se trabajar

con las caractersticas y parmetros estndar de este motor para llevar a cabo la

simulacin, para que posteriormente pueda ser implementado un controlador. Pero,

antes se deber proceder a constatar las condiciones en que se encuentran los actuales

portones y verificar si son adecuadas para considerar el uso de los mismos, de no ser

as, se deben sustituir por otros.

Ante esta necesidad se requiere contar con una estructura adecuada de las

reas de acceso, para dar cabida a la poblacin que hace vida dentro de la institucin

y proponer un proyecto para la instalacin de portones elctricos con un motor

trifsico en la sede de la Universidad Fermn Toro, ubicada en Cabudare, municipio

Palavecino del estado Lara.

Adems, debido a que el sistema de recepcin y distribucin de la energa

elctrica, as como las canalizaciones para los sistemas de datos de ese moderno

ncleo universitario juega un papel muy importante, se necesita un diseo factible a

nivel econmico y que cumpla con toda la normativa referente a este tipo de

proyectos.

En funcin de lo planteado anteriormente, surgen las siguientes interrogantes:

Cul es el estado actual de los portones de la Universidad Fermn Toro de la

sede de Cabudare, municipio Palavecino del estado Lara?

Es necesario instalar motores elctricos trifsicos a los portones de la

Universidad Fermn Toro de Cabudare?

Cul es la factibilidad econmica, tcnica y social para la instalacin de

motores elctricos trifsicos a los portones de la sede de la Universidad Fermn Toro

de Cabudare?

Es necesario disear un proyecto para la instalacin de motores elctricos

trifsicos a los portones de la sede de la Universidad Fermn Toro de Cabudare?

En base a las anteriores interrogantes, se plantean los siguientes objetivos:

Objetivos de la Investigacin

Objetivo General

Disear una propuesta para la instalacin de motores elctricos trifsicos a los

portones de la Universidad Fermn Toro en la sede de Cabudare, municipio

Palavecino del estado Lara.

Objetivos Especficos

Conocer las condiciones actuales de los portones de la Universidad Fermn

Toro, sede Cabudare, municipio Palavecino, estado Lara.

Identificar la necesidad de la instalacin de motores elctricos trifsicos a los

portones de la Universidad Fermn Toro, sede Cabudare, municipio Palavecino,

estado Lara.

Determinar las posibilidades econmicas, tcnicas y sociales para la

instalacin de motores elctricos trifsicos a los portones de la Universidad Fermn

Toro, sede Cabudare, municipio Palavecino del estado Lara.

Justificacin de la Investigacin

Los principales recursos energticos utilizados (el carbn, el petrleo, el gas

natural y el uranio) son limitados y, por lo tanto, pueden agotarse. Adems, su

utilizacin provoca un gran impacto ambiental en la biosfera al contaminar el aire, el

agua y el suelo (UBP, 2012).

Estos hechos han generado un inters creciente por el desarrollo de nuevas

tecnologas para la utilizacin de fuentes de energa renovables alternativas que,

aunque actualmente son poco rentables, tienen la ventaja de ser poco contaminantes.

En la actualidad, en el pas, las energas alternativas representan un mnimo

porcentaje de la produccin energtica.

La justificacin de este estudio se fundamenta en que el diseo e

implementacin de motores elctricos trifsicos a los portones de la Universidad

Fermn Toro, sede Cabudare, municipio Palavecino, estado Lara, puede servir de

base para una efectiva, organizacin, control, ejecucin, evaluacin y mejora

continua de todas las actividades inherentes a la institucin, aprovechando al mximo

cada uno de los recursos con los que se cuentan y ofreciendo una mayor calidad de

servicio.

Desde el punto de vista metodolgico, este estudio constituye un aporte

valioso para otras investigaciones, puesto que sus resultados sern un referente para

quienes deseen indagar sobre los motores elctricos, tipos, caractersticas, modo de

funcionamiento e instalacin, entre otros aspectos.

CAPTULO II

MARCO TERICO

Bases Tericas

El marco terico, lo constituye segn sealan Hernndez, Fernndez y

Baptista (2003), la descripcin ordenada de los elementos que integran el problema

de estudio, es decir, representan un conjunto de proposiciones interrelacionadas,

capaces de explicar el por qu y cmo ocurre un fenmeno (p. 86). Desde esta

perspectiva se describen en este capitulo los aspectos relacionados con la variable

motores elctricos.

Antecedentes de la investigacin

A continuacin se presentan algunos estudios que sirven de antecedentes al

presente trbalo, por cuanto se basan en aspectos comunes, entre los que se encuentra

la instalacin de motores elctricos trifsicos.

Al respecto, Moreno (2009) desarroll un proyecto para la obtencin y

anlisis del circuito equivalente en motores elctricos de induccin trifsicos a partir

de datos constructivos, con la finalidad de proporcionar herramientas para disponer

de una previsin de datos en los diferentes parmetros constructivos de un motor

trifsico y crear una base de resultados como complemento al trabajo con tcnicas

informticas. Para ello trabaj con diversos motores en el laboratorio del

Departamento de Ingeniera Elctrica de la EPSEVG, logrando obtener los datos

necesarios en la elaboracin de los clculos para beneficio de esa institucin.

Por otra parte, Vilaragut y Gmez (2010), desarrollaron un estudio sobre

mtodos para la determinacin de la eficiencia energtica en los motores elctricos

de induccin trifsicos, con la finalidad de desarrollar mtodos que permitan conocer

el consumo de energa de cada motor instalado y de algn otro que ofrezca una

alternativa ms eficiente.

Para aplicar los conocimientos en la prctica, utilizaron un motor elctrico de

induccin trifsica que funciona en un frigorfico de la Habana del Este. Los

resultados permitieron evaluar el comportamiento de los motores en estudio y

analizar la factibilidad tcnico-econmica de los mismos.

As mismo, Garca y Rincn (2010), desarrollaron un estudio tcnico-

econmico para el mejoramiento del banco de pruebas de motores de induccin

trifsica, con la finalidad de disear nuevos sistemas de proteccin y control, luego

de estimar la factibilidad tcnico-econmica del proyecto.

Este trabajo permiti conocer lo que es un banco de pruebas para motores

trifsicos, adems de precisar todos los equipos requeridos en los sistemas de

arranque, control y proteccin, lo cual resulta valioso para la presente investigacin.

Variable del estudio

Una variable, de acuerdo a lo sealado por Hurtado y Toro (1998), representa

todo aquello que puede cambiar o adoptar distintos valores, calidad, cantidad o

dimensin. Es cualquier caracterstica que puede cambiar cuantitativa o

cualitativamente (p. 172). En atencin a lo antes expuesto, la variable de este

estudio es Motores elctricos trifsicos, definida a continuacin.

Para la realizacin del presente estudio se ha tomado como referencia terica

los aportes de diferentes estudiosos en la materia relacionada con el tema propuesto.

Cabe destacar que se realiz el anlisis de los aspectos tericos de acuerdo con los

tpicos de la investigacin, en funcin del propsito del mismo. De manera que el

anlisis e interpretacin del basamento terico permite una visin integral del rea

investigada. Por lo que, se presenta una serie de conceptos, datos y planteamientos

que permiten la mejor comprensin del tema en estudio.

Motor elctrico

El motor elctrico es un dispositivo que transforma la energa elctrica en

energa mecnica por medio de la accin de los campos magnticos generados en sus

bobinas. Son mquinas elctricas rotatorias. Estos funcionan generalmente bajo los

principios de magnetismo. Segn el nmero de fases se clasifican en monofsicos,

bifsicos y trifsicos, siendo este ltimo el ms utilizado a nivel industrial. Como

todas las mquinas elctricas, est constituido por un circuito magntico y dos

elctricos, uno colocado en la parte fija (estator) y otro en la parte mvil (rotor).

Partes fundamentales de un motor elctrico

Dentro de las caractersticas fundamentales de los motores elctricos, stos se

hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: el

estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes.

No obstante, un motor puede funcionar solo con el estator y el rotor.

El circuito magntico de los motores elctricos de corriente alterna est

formado por chapas magnticas apiladas y aisladas entre s para eliminar el

magnetismo remanente. Tambin por chapas apiladas en forma de cilindro en el rotor

y en forma de anillo en el estator.

El cilindro se introduce en el interior del anillo y, para que pueda girar

libremente, hay que dotarlo de un entrehierro constante. El anillo se dota de ranuras

en su parte interior para colocar el bobinado inductor y se envuelve exteriormente

por una pieza metlica con soporte llamada carcasa.

El cilindro se adosa al eje del motor y puede estar ranurado en su superficie

para colocar el bobinado inducido (motores de rotor bobinado) o bien se le

incorporan conductores de gran seccin soldados a anillos del mismo material en los

extremos del cilindro (motores de rotor en cortocircuito) similar a una jaula de

ardilla. De all que reciban el nombre de rotor de jaula de ardilla.

El eje se apoya en unos rodamientos de acero para evitar rozamientos y se

saca al exterior para transmitir el movimiento, y lleva acoplado un ventilador para

refrigeracin. Los extremos de los bobinados se sacan al exterior y se conectan a la

placa de bornes.

Estator

El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese

punto se lleve a cabo la rotacin del motor. El estator no se mueve mecnicamente,

pero si magnticamente. Existen dos tipos de estatores:

-Estator de polos salientes.

-Estator ranurado.

El estator est constituido principalmente de un conjunto de lminas de acero

al silicio (y se les llama "paquete"), que tienen la habilidad de permitir que pase a

travs de ellas el flujo magntico con facilidad; la parte metlica del estator y los

devanados proveen los polos magnticos.

Los polos de un motor siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.), por

ello el mnimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (uno norte y

otro sur).

Rotor

El rotor es el elemento de transferencia mecnica, ya que de l depende la

conversin de energa elctrica a mecnica. Los rotores, son un conjunto de lminas

de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser bsicamente de tres tipos:

- Rotor ranurado

-Rotor de polos salientes

-Rotor jaula de ardilla

Carcasa

La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material

empleado para su fabricacin depende del tipo de motor, de su diseo y su

aplicacin. As pues, la carcasa puede ser:

- Totalmente cerrada

-Abierta

-A prueba de goteo

-A prueba de explosiones

-De tipo sumergible

Base

La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecnica de

operacin del motor, puede ser de dos tipos:

- Base frontal

- Base lateral

Caja de conexiones

Por lo general, en la mayora de los casos los motores elctricos cuentan con

caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los

conductores que alimentan al motor, resguardndolos de la operacin mecnica del

mismo, y contra cualquier elemento que pudiera daarlos.

Tapas

Son los elementos que van a sostener en la gran mayora de los casos a los

cojinetes o rodamientos que soportan la accin del rotor.

Cojinetes

Tambin conocidos como rodamientos, contribuyen a la ptima operacin de

las partes giratorias del motor. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecnicos, y para

reducir la friccin, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia. Los

cojinetes pueden dividirse en dos clases generales:

Cojinetes de deslizamiento: Operan la base al principio de la pelcula de

aceite, esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la

superficie de apoyo.

Cojinetes de rodamiento: Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes

de deslizamiento por varias razones:

.Tienen un menor coeficiente de friccin, especialmente en el arranque.

Son compactos en su diseo

Tienen una alta precisin de operacin.

No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante.

Se remplazan fcilmente debido a sus tamaos estndares

Tipos de motores elctricos y caractersticas

Los Motores de Corriente Directa [C.D.] o Corriente Continua [C.C.]: se

utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la

velocidad del motor. Tambin cuando es imprescindible el uso de corriente directa,

como en los motores accionados por pilas o bateras. Estos deben tener en el rotor y

el estator el mismo nmero de polos y de carbones.

Clasificacin de los motores de corriente directa

Antes de enumerar los diferentes tipos de motores, conviene aclarar un

concepto bsico que debe conocerse de un motor: el concepto de funcionamiento con

carga y funcionamiento en vaco.

Un motor funciona con carga cuando est arrastrando cualquier objeto o

soportando cualquier resistencia externa (la carga) que lo obliga a absorber energa

mecnica. Por ejemplo: una batidora encuentra resistencia cuando bate mayonesa; el

motor de una gra soporta las cargas que eleva, el propio cable, los elementos

mecnicos de la gra o el motor de un coche elctrico soporta numerosas cargas (el

peso de los pasajeros, el peso del propio vehculo, la resistencia que ofrece la

superficie del terreno).

Un motor funciona en vaco, cuando el motor no est arrastrando ningn

objeto ni soportando ninguna resistencia externa, el eje est girando libremente y no

est conectado a nada. En este caso, el par resistente se debe nicamente a factores

internos.

Los motores de corriente continua se clasifican segn la forma de conexin

de las bobinas inductoras e inducidas entre s.

Motor de excitacin independiente.

Motor serie.

Motor de derivacin o motor shunt.

Motor compoud.

Motor de excitacin independiente

Son aquellos que obtienen la alimentacin del rotor y del estator de dos

fuentes de tensin independientes. Con ello, el campo del estator es constante al no

depender de la carga del motor y el par de fuerza es entonces prcticamente

constante. Este sistema de excitacin no se suele utilizar debido al inconveniente que

presenta el tener que utilizar una fuente exterior de corriente.

Motor serie

Los devanados de inducido y el inductor estn colocados en serie y

alimentados por una misma fuente de tensin. En este tipo de motores existe

dependencia entre el par y la velocidad, son motores en los que, al aumentar la

corriente de excitacin, se hace disminuir la velocidad, con un aumento del par.

Motor de derivacin

El devanado inducido e inductor estn conectados en paralelo y alimentados

por una fuente comn. Tambin se denominan mquinas shunt, y en ellas un

aumento de la tensin en el inducido hace aumentar la velocidad de la mquina.

Motor compuesto

Tambin llamados compound, en este caso el devanado de excitacin tiene

una parte de l en serie con el inducido y otra parte en paralelo. El arrollamiento en

serie con el inducido est constituido por pocas espiras de gran seccin, mientras que

el otro est formado por un gran nmero de espiras de pequea seccin. Permite

obtener, por tanto, un motor con las ventajas del motor serie, pero sin sus

inconvenientes. Sus curvas caractersticas sern intermedias entre las que se obtienen

con excitacin serie y con excitacin en derivacin.

Existen dos tipos de excitacin compuesta. En la llamada compuesta

adicional el sentido de la corriente que recorre los arrollamientos serie y paralelo es

el mismo, por lo que sus efectos se suman, a diferencia de la compuesta diferencial,

donde el sentido de la corriente que recorre los arrollamientos tiene sentido contrario

y por lo tanto los efectos de ambos devanados se restan.

Principales aplicaciones del motor de corriente continua:

Trenes de laminacin reversibles: los motores deben de soportar una alta

carga. Normalmente se utilizan varios motores que se acoplan en grupos de dos o

tres.

Trenes Konti: son trenes de laminacin en caliente con varios bastidores. En

cada uno se va reduciendo ms la seccin y la velocidad es cada vez mayor.

Cizallas en trenes de laminacin en caliente: se utilizan motores en

derivacin.

Industria del papel: Adems de una multitud de mquinas que trabajan a

velocidad constante y por lo tanto se equipan con motores de corriente continua,

existen accionamientos que exigen par constante en un amplio margen de

velocidades.

Otras aplicaciones son las mquinas herramientas, mquinas extractoras,

elevadores, ferrocarriles.

Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras, control de tensin en

mquinas bobinadoras, velocidad constante de corte en tornos grandes

El motor de corriente continua se usa en gras que requieran precisin de

movimiento con carga variable (cosa casi imposible de conseguir con motores de

corriente alterna).

Los Motores de Corriente Alterna [C.A.]

Son los tipos de motores ms usados en la industria, ya que estos equipos se

alimentan con los sistemas de distribucin de energas "normales". En la actualidad,

el motor de corriente alterna es el que ms se utiliza para la mayor parte de las

aplicaciones, debido fundamentalmente a que consiguen un buen rendimiento, bajo

mantenimiento y sencillez, en su construccin, sobre todo en los motores asncronos.

Caractersticas particulares de los motores elctricos de corriente alterna

Los parmetros de operacin de un motor designan sus caractersticas, es

importante determinarlas, ya que con ellas se conocen los parmetros determinantes

para la operacin del motor. Las principales caractersticas de los motores de C.A.

son:

Potencia: Es la rapidez con la que se realiza un trabajo.

En fsica la Potencia = Trabajo/tiempo, la unidad del Sistema Internacional

para la potencia es el joule por segundo y se denomina watt (W). Sin embargo estas

unidades tienen el inconveniente de ser demasiado pequeas para propsitos

industriales.

Por lo tanto, se usan el kilowatt (KW) y el caballo de fuerza (HP) que se

definen como:

1 KW= 1000 W

1 HP = 747 W = 0.746 kW

1kW = 1.34 HP

Voltaje: Tambin llamada tensin elctrica o diferencia de potencial, existe

entre dos puntos, y es el trabajo necesario para desplazar una carga positiva de un

punto a otro:

E = [VA -VB]

Dnde:

E = Voltaje o Tensin

VA = Potencial del punto A

VB = Potencial del punto B

La diferencia de tensin es importante en la operacin de un motor, ya que de

esto depender la obtencin de un mejor aprovechamiento de la operacin.

Los voltajes empleados ms comnmente son: 127V, 220V, 380V, 440V,

2300V y 6000V.

Corriente: La corriente elctrica [I], es la rapidez del flujo de carga [Q] que

pasa por un punto dado [P] en un conductor elctrico en un tiempo [t] determinado.

Dnde:

I = Corriente elctrica

Q = Flujo de carga que pasa por el punto P

t = Tiempo

La unidad de corriente elctrica es el ampere. Un ampere [A] representa un

flujo de carga con la rapidez de un coulomb por segundo, al pasar por cualquier

punto.

Q = Flujo de carga que pasa por el punto P

t = Tiempo

La unidad de corriente elctrica es el ampere. Un ampere [A] representa un

flujo de carga con la rapidez de un coulomb por segundo, al pasar por cualquier

punto.

Los motores elctricos esgrimen distintos tipos de corriente, que

fundamentalmente son: corriente nominal, corriente de vaco, corriente de arranque y

corriente a rotor bloqueado.

Corriente nominal: en un motor, el valor de la corriente nominal es la

cantidad de corriente que consumir el motor en condiciones normales de operacin.

Corriente de vaco: es la corriente que consumir el motor cuando no se

encuentre operando con carga y es aproximadamente del 20% al 30% de su corriente

nominal.

Corriente de arranque: todos los motores elctricos para operar consumen

un excedente de corriente, mayor que su corriente nominal, que es aproximadamente

de dos a ocho veces superior.

Corriente a rotor bloqueado: es la corriente mxima que soportara el motor

cuando su rotor est totalmente detenido.

Clasificacin de los motores de corriente alterna

Por su velocidad de giro

-Asncrono: son aquellos motores elctricos en los que el rotor nunca llega a

girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magntico del estator.

Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.

- Motores sncronos: son aquellos motores elctricos en los que el rotor

nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magntico del

estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias. Este

motor tiene la caracterstica de que su velocidad de giro es directamente proporcional

a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. Es utilizado en aquellos

casos en donde se desea una velocidad constante.

Se utilizan para convertir potencia elctrica en potencia mecnica de rotacin.

La caracterstica principal de este tipo de motores es que trabajan a velocidad

constante que depende solo de la frecuencia de la red y de otros aspectos

constructivos de la mquina. A diferencia de los motores asincrnicos, la puesta en

marcha requiere de maniobras especiales a no ser que se cuente con un sistema

automtico de arranque. Otra particularidad del motor sncrono es que al operar de

forma sobreexcitado consume potencia reactiva y mejora el factor de potencia.

Las mquinas sncronas funcionan tanto como generadores y como motores.

En nuestro medio sus aplicaciones son mnimas y casi siempre estn relacionadas en

la generacin de energa elctrica. Para el caso referente a la mquina rotativa

sncrona, todas las centrales hidroelctricas y termoelctricas funcionan mediante

generadores sncronos trifsicos.

Para el caso del motor se usa principalmente cuando la potencia demandada

es muy elevada, mayor que 1MW (mega vatio).

Los motores sncronos se subdividen a su vez, de acuerdo al tipo del rotor que

utilizan, siendo estos:

Motores de polos salientes: Los motores de polos salientes trabajan a bajas

velocidades. Un polo saliente es un polo magntico que se proyecta hacia fuera de la

superficie del rotor. Estos motores se utilizan en rotores de cuatro o ms polos.

Por el tipo de rotor

-Motores de anillos rozantes: es similar al motor trifsico jaula de ardilla,

su estator contiene los bobinados que generan el campo magntico giratorio. El

objetivo del diseo de este motor es eliminar la corriente excesivamente alta del

arranque y el troqu elevado asociado con el de jaula de ardilla. Cuando el motor se

arranca un voltaje es inducido en el rotor, con la resistencia agregada de la resistencia

externa la corriente del rotor y por lo tanto el troqu pueden controlarse fcilmente.

-Motores con colector: los colectores tambin son llamados anillos

rotatorios, son comnmente hallados en mquinas elctricas de corriente alterna

como generadores, alternadores, turbinas de viento, en las cuales conecta las

corrientes de campo o excitacin con el bobinado del rotor.

Pueden entregar alta potencia con dimensiones y peso reducidos.

Pueden soportar considerables sobrecargas temporales sin detenerse

completamente.

Se adaptan a las sobrecargas disminuyendo la velocidad de rotacin, sin

excesivo consumo elctrico.

Producen un elevado torque de funcionamiento.

-Motores de jaula de ardilla: un motor elctrico con un rotor de jaula de

ardilla tambin se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un

cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales

de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo

en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza

entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hmster (ruedas probablemente

similares existen para las ardillas domsticas).

Por su nmero de fases de alimentacin

- Motores de rotor de polos lisos o polos no salientes: se utilizan en rotores

de dos y cuatro polos. Estos tipos de rotores estn construidos al mismo nivel de la

superficie del rotor. Los motores de rotor liso trabajan a elevadas velocidades.

- Motores de polos salientes: los motores de polos salientes trabajan a bajas

velocidades. Un polo saliente es un polo magntico que se proyecta hacia fuera de la

superficie del rotor. Los rotores de polos salientes se utilizan en rotores de cuatro o

ms polos.

- Motores monofsicos: fueron los primeros motores utilizados en la industria.

Cuando este tipo de motores est en operacin, desarrolla un campo magntico

rotatorio, pero antes de que inicie la rotacin, el estator produce un campo

estacionario pulsante. Para producir un campo rotatorio y un par de arranque, se debe

tener un devanado auxiliar desfasado 90 con respecto al devanado principal. Una

vez que el motor ha arrancado, el devanado auxiliar se desconecta del circuito.

Debido a que un motor de corriente alterna (C.A.) monofsico tiene

dificultades para arrancar, est constituido de dos grupos de devanados: El primer

grupo se conoce como el devanado principal o de trabajo, y el segundo, se le conoce

como devanado auxiliar o de arranque. Los devanados difieren entre s, fsica y

elctricamente. El devanado de trabajo est formado de conductor grueso y tiene ms

espiras que el devanado de arranque.

Es importante sealar, que el sentido de giro de las bobinas involucra la

polaridad magntica correspondiente.

Tipos y caractersticas

Los motores monofsicos han sido perfeccionados a travs de los aos, a

partir del tipo original de repulsin, en varios tipos mejorados, y en la actualidad se

conocen:

Motores de fase partida

En general consta de una carcasa, un estator formado por laminaciones, en

cuyas ranuras aloja las bobinas de los devanados principal y auxiliar, un rotor

formado por conductores a base de barras de cobre o aluminio embebidas en el rotor

y conectados por medio de anillos de cobre en ambos extremos, denominado lo que

se conoce como una jaula de ardilla. Se les llama as, porque se asemeja a una jaula

de ardilla. Fueron de los primeros motores monofsicos usados en la industria, y an

permanece su aplicacin en forma popular. Estos motores se usan en: mquinas

herramientas, ventiladores, bombas, lavadoras, secadoras y una gran variedad de

aplicaciones; la mayora de ellos se fabrican en el rango de 1/30 (24.9 W) a 1/2 HP

(373 W).

Motores de arranque con capacitor

Este tipo de motor es similar en su construccin al de fase partida, excepto

que se conecta un capacitor en serie con el devanado de arranque para tener un

mayor par de arranque. Su rango de operacin va desde fracciones de HP hasta 15

HP. Es utilizado ampliamente en muchas aplicaciones de tipo monofsico, tales

como accionamiento de mquinas herramientas (taladros, pulidoras, etctera),

compresores de aire, refrigeradores, etc. En la figura se muestra un motor de

arranque con capacitor.

Motores con permanente

Utilizan un capacitor conectado en serie con los devanados de arranque y de

trabajo. El crea un retraso en el devanado de arranque, el cual es necesario para

arrancar el motor y para accionar la carga. La principal diferencia entre un motor con

permanente y un motor de arranque con capacitor, es que no se requiere switch

centrfugo. stos motores no pueden arrancar y accionar cargas que requieren un alto

par de arranque.

Motores de induccin-repulsin

Los motores de induccin-repulsin se aplican donde se requiere arrancar

cargas pesadas sin demandar demasiada corriente. Se fabrican de 1/2 HP hasta 20

HP, y se aplican con cargas tpicas como: compresores de aire grandes, equipo de

refrigeracin, entre otros.

Motores de polos sombreados

Este tipo de motores es usado en casos especficos, que tienen requerimientos

de potencia muy bajos. Su rango de potencia est comprendido en valores desde

0.0007 HP hasta HP y la mayora se fabrica en el rango de 1/100 a 1/20 de HP. La

principal ventaja de estos motores es su simplicidad de construccin, su confiabilidad

y su robustez, adems, tienen un bajo costo. A diferencia de otros motores

monofsicos de C.A., los motores de fase partida no requieren de partes auxiliares

(capacitores, escobillas, conmutadores, etc.) o partes mviles (switches centrfugos).

Esto hace que su mantenimiento sea mnimo y relativamente sencillo.

Motor trifsico

Es una mquina elctrica rotativa, capaz de convertir la energa elctrica

trifsica suministrada, en energa mecnica. La energa elctrica trifsica origina

campos magnticos rotativos en el bobinado del estator lo que provoca que el

arranque de estos motores no necesite circuito auxiliar, son ms pequeos y livianos

que uno monofsico de induccin de la misma potencia, debido a esto su fabricacin

representa un costo menor.

Los motores elctricos trifsicos, se fabrican en las mas diversas potencias,

desde una fraccin de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (HP), se los

construye para prcticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz)

normalizadas y muy a menudo, estn equipados para trabajar a dos tensiones

nominales distintas.

Los motores trifsicos usualmente son ms utilizados en la industria, ya que

en el sistema trifsico se genera un campo magntico rotatorio en tres fases, adems

de que el sentido de la rotacin del campo en un motor trifsico puede cambiarse

invirtiendo dos puntas cualesquiera del estator, lo cual desplaza las fases, de manera

que el campo magntico gira en direccin opuesta.

Aplicaciones

Por su variedad de potencia y tamao son muy usados en la industria no

siendo as en el sistema residencial y domstico debido fundamentalmente a que en

este sector no llega la corriente trifsica. En la industria se emplean para accionar

mquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, extractores, elevadores,

gras elctricas, entre otras.

Partes

Estos motores constan de tres partes fundamentales: estator, rotor y escudo.

El estator: est constituido por un enchapado de hierro al silicio de forma

ranurado, generalmente es introducido a presin dentro de una de la carcasa.

El rotor: es la parte mvil del motor. Est formado por el eje, el enchapado y

unas barras de cobre o aluminio unidas en los extremos con tornillos. A este tipo de

rotor se le llama de jaula de ardilla o en cortocircuito porque el anillo y las barras

forman en realidad una jaula.

Los escudos: por lo general se elaboran de hierro colado. En el centro tienen

cavidades donde se incrustan cojinetes sobre los cuales descansa el eje del rotor. Los

escudos deben estar siempre bien ajustados con respecto al estator, porque de ello

depende que el rotor gire libremente, o que tenga "arrastres" o "fricciones".

Tipos y caractersticas

Los motores trifsicos se usan para accionar mquinas-herramientas, bombas,

elevadores, ventiladores, sopladores y muchas otras mquinas. Bsicamente estn

construidos de tres partes esenciales: Estator, rotor y tapas. El estator consiste de un

marco o carcasa y un ncleo laminado de acero al silicio, as como un devanado

formado por bobinas individuales colocadas en sus ranuras. Principalmente son de

dos tipos:

De jaula de ardilla.

De rotor devanado

El de jaula de ardilla es el ms usado y recibe este nombre debido a que

parece una jaula de ardilla de aluminio fundido. Ambos tipos de rotores contienen un

ncleo laminado en contacto sobre el eje. El motor tiene tapas en ambos lados, sobre

las cuales se encuentran montados los rodamientos o baleros sobre los que rueda el

rotor. Estas tapas se fijan a la carcasa en ambos extremos por medio de tomillos de

sujecin. Los rodamientos, baleros o rodamientos pueden ser de rodillos o de

deslizamiento.

Motor trifsico sincrnico

Estos motores se denominan sincrnicos, porque la velocidad de giro depende

nicamente de la frecuencia de la corriente de alimentacin y del numero de polos,

siendo independiente de la carga que deba vencer. Esta velocidad esta dada por la

relacin:

Los Motores Universales: Tienen la forma de un motor de corriente

continua, la principal diferencia es que est diseado para funcionar con corriente

continua y corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su

eficiencia, ya que es baja (del orden del 51%), pero como se utilizan en mquinas de

pequea potencia, sta no se considera importante, adems, su operacin debe ser

intermitente, de lo contrario, ste se quemara. Estos motores son utilizados en

taladros, aspiradoras, licuadoras, etc.

Diagramas de conexin

Todos los motores trifsicos estn construidos internamente con un cierto

nmero de bobinas elctricas que estn devanadas siempre juntas, para que

conectadas constituyan las fases que se conectan entre s, en cualquiera de las formas

de conexin trifsicas, que pueden ser:

Delta

Estrella

Estrella-delta

Delta

Los devanados conectados en delta son cerrados y forman una configuracin

en triangulo. Se pueden disear con seis (6) o nueve (9) terminales para ser

conectados a la lineo de alimentacin trifsica.

Cada devanado de un motor de induccin trifsico tiene sus terminales

marcadas con un nmero para su fcil conexin. En la figura 4.4, se muestra un

motor de 6 terminales con los devanados internos identificados para conectar el

motor para operacin en delta. Las terminales o puntas de los devanados se conectan

de modo que A y B cierren un extremo de la delta (tringulo), tambin B y C, as

como C y A, para de esta manera formar la delta de los devanados del motor.

Los motores de induccin de jaula de ardilla son tambin devanados con

nueve (9) terminales para conectar los devanados internos para operacin en delta. Se

conectan seis (6) devanados internos para formar una delta cerrada, tres devanados

estn marcados como 1-4-9, 2-5-7 y 3-6-8, en stos.

Los devanados se pueden bobinar para operar a uno o dos voltajes.

Estrella

Los devanados de la mayora de los motores de induccin de jaula de ardilla

estn conectados en estrella. La conexin estrella se forma uniendo una terminal de

cada devanado, las tres terminales restantes se conectan a las lneas de alimentacin

L1, L2 Y L3. Los devanados conectados en estrella forman una configuracin en Y.

Un motor conectado en estrella con nueve (9) terminales, tiene tres puntas en

sus devanados conectadas para formar una estrella (7-8-9). Los tres pares de puntas

de los devanados restantes, son los nmeros: 1-4, 2-5 y 3-6.

Los devanados se pueden conectar para operar en bajo o alto voltaje.

Para la operacin en bajo voltaje, stos se conectan en paralelo; para la

operacin en alto voltaje, se conectan en serie.

Conexiones para dos voltajes

Algunos motores trifsicos estn construidos para operar en dos voltajes. El

propsito de hacer posible que operen con dos voltajes distintos de alimentacin, y

tener la disponibilidad en las lneas para que puedan conectarse indistintamente.

Comnmente, las terminales externas al motor permiten una conexin serie para el

voltaje ms alto y una conexin doble paralelo para la alimentacin al menor voltaje.

Principio de funcionamiento de un motor elctrico

Cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de las tres fases del motor, en

el estator se origina un campo magntico que induce corriente en las barras del rotor.

Dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo del campo

magntico del estator, originar un par motor que pondr en movimiento al rotor.

Dicho movimiento es continuo, debido a las variaciones tambin continuas, de la

corriente alterna trifsica.

Solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma velocidad que la

del campo magntico giratorio. Esto se debe a que a cada momento recibe impulsos

del campo, pero al cesar el empuje, el rotor se retrasa. A este fenmeno se le llama

deslizamiento. Despus de ese momento vendr un nuevo empuje y un nuevo

deslizamiento, y as sucesivamente. De esta manera se comprende que el rotor nunca

logre alcanzar la misma velocidad del campo magntico giratorio. Es por lo cual

recibe el nombre de asncrono o asincrnico. El deslizamiento puede ser mayor

conforme aumenta la carga del motor y lgicamente, la velocidad se reduce en una

proporcin mayor.

En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo

sur (S), que son las regiones donde se concentran las lneas de fuerza de un imn. Un

motor para funcionar se vale de las fuerzas de atraccin y repulsin que existen entre

los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos

alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnticos iguales se repelen,

y polos diferentes se atraen, produciendo as el movimiento de rotacin.

Un motor elctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de

induccin, descubierto por Michael Faraday en 1831; que seala, que si un conductor

se mueve a travs de un campo magntico o est situado en las proximidades de otro

conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una

corriente elctrica en el primer conductor. Y el principio que Andr Ampre observo

en 1820, en el que establece que si una corriente pasa a travs de un conductor

situado en el interior de un campo magntico, ste ejerce una fuerza mecnica o

f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.

Mantenimiento preventivo de motores elctricos

El mantenimiento de los motores elctricos constituye uno de los aspectos

fundamentales para garantizar la ptima operatividad de los mismos, y por

consiguiente, la confiabilidad del proceso productivo.

Por tal motivo es muy importante que las actividades de mantenimiento

preventivo, predictivo y correctivo sean realizadas por personal calificado y

entrenado para tal fin.

Los motores elctricos por ser mquinas rotativas y generalmente de uso

continuo, estn propensos a sufrir desgastes en sus componentes mecnicos,

especialmente en los rodamientos o cojinetes, los cuales merecen especial atencin

por parte del departamento de mantenimiento, y someterlos a un programa de

mantenimiento rutinario.

El material aislante es otro componente an ms importante, ya que si ste

falla la mquina puede quedar inutilizada. Las fallas en el aislamiento de las

mquinas elctricas son producidas por degradacin del material aislante debido a

fatigas mecnicas y elctricas, contaminacin, temperatura y humedad. Una falla del

material aislante produce fallas incluso catastrficas en las mquinas elctricas, por

lo que es recomendable realizar el mantenimiento rutinario y preventivo en las

mismas para minimizar las interrupciones no programadas de los procesos

productivos.

El objetivo del mantenimiento es lograr con el mnimo coste el mayor tiempo

de servicio de las Instalaciones y Maquinaria productiva.

El mantenimiento preventivo abarca todos los planes y acciones necesarias

para determinar y corregir las condiciones de operacin que puedan afectar a un

sistema, maquinaria o equipo, antes de que lleguen al grado de mantenimiento

correctivo, considerando la seleccin, la instalacin y la misma operacin.

El mantenimiento preventivo bien aplicado disminuye los costos de

produccin, aumenta la productividad, as como la vida til de la maquinaria y

equipo, obteniendo como resultado la disminucin de paro de mquinas.

Las actividades principales del mantenimiento preventivo son:

a) Inspeccin peridica con el fin de encontrar las causas que provocaran

paros imprevistos.

b) Conservar la planta, anulando y reparando aspectos dainos cuando apenas

comienzan.

Recomendaciones sobre los motores elctricos

Seleccionar el armazn del motor, de acuerdo con el ambiente en que va a

estar trabajando. Los motores abiertos son ms sencillos y por lo tanto menos

costosos, adems de operar con mayor factor de potencia. Sin embargo, en

condiciones adversas del medio, los motores cerrados sern los indicados.

Seleccionar correctamente la velocidad del motor. Si la carga lo permite

prefiera motores de alta velocidad, son ms eficientes y si se trata de motores de

corriente alterna, trabajan con un mejor factor de potencia.

Sustituir los motores antiguos o de uso intenso. Los costos de operacin y

mantenimiento de motores viejos o de motores que por su uso han depreciado sus

caractersticas de operacin, pueden justificar su sustitucin por motores

normalizados y de alta eficiencia.

Realizar en forma correcta la conexin a tierra de los motores. Una conexin

defectuosa o la ausencia de sta, puede poner en peligro la vida de los operarios si se

presenta una falla a tierra. Adems de ocasionar corrientes de fuga que no son

liberadas por el equipo de proteccin con un dispendio de energa.

Evitar concentrar motores en locales reducidos o en lugares que puedan

dificultar su ventilacin. Un sobrecalentamiento del motor se traduce en una

disminucin de su eficiencia.

Balancear la tensin de alimentacin en los motores trifsicos de corriente

alterna. El desequilibrio entre fases no debe excederse en ningn caso del 5%, pero

mientras menor sea el desbalance, los motores operan con mayor eficiencia.

Instalar equipos de control de la temperatura del aceite de lubricacin de

cojinetes de motores de gran capacidad a fin de minimizar las prdidas por friccin y

elevar la eficiencia.

Mantener en buen estado y correctamente ajustados los equipos de proteccin

contra sobrecalentamientos o sobrecargas en los motores. Los protegen de daos

mayores y evitan que operen con baja eficiencia.

Revisar peridicamente las conexiones del motor, junto con las de su

arrancador y dems accesorios. Conexiones flojas o mal realizadas con frecuencia

originan un mal funcionamiento del motor y ocasionan prdidas por disipacin de

calor.

Mantener en ptimas condiciones los sistemas de ventilacin y enfriamiento

de los motores, para evitar sobrecalentamientos que puedan aumentar las prdidas en

los conductores del motor y daar los aislamientos.

Importancia de los motores elctricos

Los motores elctricos, son una buena alternativa para cambiar, los motores a

base de petrleo, ya que estos no contaminan, aparte de ser una fuente de energa

renovable, pero, su desventaja principal es que tiene, menor potencia, comparada con

los motores a base de petrleo. Existen carros hbridos, sea una combinacin de los

petroleros, con los elctricos, resultando muy eficaces reduciendo mucho el costo de

combustible, y contaminando mucho menos que los normales.

CAPTULO III

MARCO METODOLGICO

Naturaleza de la investigacin

La presente investigacin se ubica en el paradigma cuantitativo, ya que busca

recolectar informacin por medio de tcnicas estadsticas. Adems, el tipo de

investigacin es proyecto factible, puesto que se trata de una propuesta basada en la

factibilidad para resolver una necesidad existente, a su vez, apoyado en una

investigacin de campo, ya que se trabaja con informacin obtenida de fuentes

primarias. Al mismo tiempo, es de diseo no experimental, ya que no se manipularn

variables, slo se observar el fenmeno en estudio, para luego analizarlo (Requez,

2000).

Poblacin y Muestra

Una vez que se ha definido cual ser la unidad de anlisis, se procede a

delimitar la poblacin que va a ser estudiada y sobre la cual se pretende generalizar

los resultados. El termino poblacin, se refiere a un conjunto de elementos, seres o

eventos concordantes entre s en cuanto a una serie de caractersticas, de las cuales se

desea obtener alguna informacin. (Fernndez, 2002). Por su parte, para Ludwig

(2005) la muestra es un subconjunto de la poblacin que se obtiene para investigar

caractersticas o propiedades de la poblacin. Asimismo Sents (2003) afirma que si

la poblacin es el todo, la muestra es una parte de este todo (p.16). En otras

palabras, la muestra se refiere a una porcin de la poblacin.

Ahora bien, en la presente investigacin, la poblacin estar conformada por

todas las personas que hacen uso cotidiano de los portones que se encuentran en la

sede de la Universidad Fermn Toro, ubicada en Cabudare, municipio Palavecino del

estado Lara; adems, se usar una muestra probabilstica, ya que se elegirn 30

personas al azar para que realicen la encuesta.

Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de Datos

Con el objetivo de recolectar la informacin se utiliz como tcnica la

encuesta que segn Sabino (ob. cit.), se refiere a la obtencin de informacin de

inters mediante la interrogacin de la poblacin en estudio, con el fin de detectar un

problema y ofrecerle solucin (p.125).

De acuerdo a la tcnica se utiliz como instrumento el cuestionario, definido

por Balestrini (2001), como un medio de comunicacin escrita y bsico entre los

encuestados y el encuestador que facilita traducir los objetivos y las variables de la

investigacin a travs de una serie de particularidades previamente preparadas de

forma cuidadosa, susceptible de analizarse en relacin al problema estudiado (p.

138).

Para este estudio, se disear un cuestionario dirigido a las personas que

hacen vida en la Universidad Fermn Toro, sede Cabudare, que estar formado por

tems cerrados con alternativas de respuestas en una escala de Likert: Casi siempre,

Siempre, Algunas Veces, Casi Nunca y Nunca, para conocer la opinin de dichos

individuos acerca de la necesidad de instalar motores elctricos trifsicos a los

portones de la Universidad Fermn Toro, sede Cabudare.

Validez y Confiabilidad

Validez

La validez, segn Ruiz (2002), se refiere al grado en que un instrumento

realmente mide lo que pretende medir, mide todo lo que el investigador quiere medir

y si mide slo lo que quiere medir (p. 88). Existen varios tipos de validez segn la

manera como sta es evaluada: Validez de criterio (predictiva o concurrente),

Validez de contenido y de constructo.

Confiabilidad

La confiabilidad segn Hernndez y otros (ob. cit.), se refiere al grado en

que su aplicacin repetida al mismo sujeto u objeto, produce iguales resultados.

(p.242).

Formula Alpha de Cronbach

Es un coeficiente que sirve para medir la fiabilidad de una escala de medida, y

cuya denominacin Alfa fue realizada por Cronbach en 1951

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

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